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西門子MM430變頻器代理
西門子是較大的電氣化公司自1872年進入中國以來的解決方案和產品堅持不懈地對中國的發(fā)展提供全面支持，目前西門子在中國已經(jīng)有6家分公司如：蘇州電器、南京電機、上海、武漢、大連、成都西門子在中國已擁有64個辦事處，2014年西門子在中國的銷售額就高達720億人民幣不包括（中國香港，中國澳門，中國臺灣）的銷售額。
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1 系統(tǒng)要求
軟件要求：電腦安裝有以下軟件:STEP7 ，Drive ES，Drivemonitor。
硬件要求：變頻器或者直流調速器應配有CBP2 通訊模板，以支持PROFIBUS DP通訊。
2 Masterdrives 6SE70 系列變頻器的配置和調試方法
2.1 STEP7配置
我們以一個簡單的例程為例，本例中
PC側安裝的軟件為: STEP7 v5.4 sp5, Drive ES v5.5，Drivemonitor V5.4 sp2;
變頻器為6SE7011-5EP60-Z Z=G91
PC機與變頻器之間采用PROFIBUS DP電纜連接通訊。
1) 首先在STEP7中新建項目，如圖1
圖1
2) 在項目上插入新的驅動系統(tǒng)，在Set PG/PC中設為Profibus通訊的方式：
圖2
3) 然后，在彈出的對話框中選擇對應的選項：在Device中選擇變頻器的類型，在Device Version中選擇變頻器的版本（可以參考變頻器的參數(shù)r0069），在BusAddress中設置變頻器的DP地址，如圖3
圖3
4) 點擊OK之后，新建驅動裝置完成，在新建的驅動裝置上插入Parameter Set，如圖4
圖4
2.2變頻器調試
2.2.1 變頻器通訊參數(shù)（需要在面板PMU上操作）
需要設置變頻器通訊參數(shù)：
P918=變頻器DP地址
P053=參數(shù)化接口的功能參數(shù)
2.2.2 在step7界面下使用Drivemonitor 調試變頻器
1) 連接變頻器：在STEP7中雙擊新建的Parameter Set，打開Drivemonitor 軟件，然后點擊工具欄按鈕“Online（Write E2PROM）”，完成PC機與變頻器的連接。如圖5：
圖5
2）設置參數(shù)：點擊工具欄按鈕“Parameter list complete”進入?yún)?shù)列表，按照參數(shù)設置步驟設置變頻器參數(shù)（參考6SE70 使用大全上冊中的參數(shù)設置步驟章節(jié)）。
3） Control Panel：是Drivemonitor中的控制界面，可以用此功能實現(xiàn)簡單的調試，如啟動電機，給定轉速旋轉，優(yōu)化等等，也可以用功能實現(xiàn)故障判斷。Drivemonitor界面的下面一行是Control Panel 功能條，點擊右下角的箭頭（如圖6紅框中所示）：
圖6
點擊箭頭，出現(xiàn)Control Panel 界面，點擊紅框中標識的“Request master control”，獲得控制權（如圖7）：
圖7
如圖8，是Control Panel的功能介紹：
1) Request master control/ Relinguish master control（使用/取消Control Panel的功能）
2) Out bits 1-6
3) 變頻器的啟動，停止控制按鈕
4) 速度設定值
5) 變頻器狀態(tài)顯示
6)故障確認功能，如果變頻器處于故障或者報警狀態(tài)Device Status會顯示“F”或者“W”，故障時，可以用此按鈕確認故障
圖8
除此之外，Control Panel還有顯示電流電壓實際值，顯示當前參數(shù)組等功能，以方便調試。
3. SIMOREG 6RA70直流調速器的配置
對于SIMOREG系列直流調速器，配置方法如下：
3.1 STEP7配置：
1） 建立新的項目，在項目名上右鍵插入驅動系統(tǒng)（過程與Masterdrive系列變頻器的配置相同，請參考圖1和 圖2），然后在對話框中選擇產品類型，版本（r0060）以及PROFIBUS DP站地址 ，如圖9所示 ：
西門子MM430變頻器代理
圖9
2 ) 添加新的Paranmeter Set，雙擊打開Drivemonitor的調試界面。（過程與Masterdrive系列變頻器的配置相同，請參考圖4）
3.2 直流調速器調試
3.2.1 直流調速器側的配置
設置通訊參數(shù)：（需要在面板PMU上操作）
P918=PROFIBUS DP站地址
P927=參數(shù)化接口的功能參數(shù)
3.2.2 使用Drivemonitor 調試
與Masterdrives系列變頻器相同，首先點擊工具欄按鈕“Online（Write E2PROM）”(參考圖5) ，完成PC機與變頻器的連接。然后按照6RA70的使用說明書第7章調試步驟設定參數(shù)。
SIMOREG 6RA70系列直流調速器也可以使用Drivemonitor 的Control Panel功能做基本調試，不同的是需要做如下設置：
直流調速器CUD1板上的端子37和參數(shù)P654的設定值相“與”，作為直流調速器的啟動指令之一，端子38與參數(shù)P661相與作為使能的指令，因此在使用Control Panel功能時，應先將24V給到兩個端子中，保證Control Panel的啟動和使能指令有效。
同時應當做如下參數(shù)設定：
P654=3100（通過DP通訊，Drivemonitor Control Panel功能設定的啟動指令）
P433=3002（通過DP通訊，Drivemonitor Control Panel功能設定的速度給定值）
點擊Drivemonitor中，在Operate下拉菜單中勾選“Set Process Data”，即可獲得Control Panel 控制權，此時可以使用Control Panel控制裝置啟停和運行。
按照上述設定，可以實現(xiàn)通過STEP7使用DP通訊方式調試SIMOREG 6RA70的功能。
在電網(wǎng)-變頻器-電機-負載構成的驅動系統(tǒng)中，能量的傳遞是雙向的。電動機工作模式時，電能從電網(wǎng)經(jīng)由變頻器傳遞到電機，轉換為機械能帶動負載，負載因此具有動能或勢能；當負載釋放這些能量以求改變運動狀態(tài)時，電機被負載所帶動，進入發(fā)電機工作模式，向前級反饋已轉換為電形式的能量，這些能量被稱為再生制動能量，可以通過變頻器返回電網(wǎng)，或者消耗在變頻器系統(tǒng)的制動電阻中。如圖1-1所示。
圖1-1 驅動系統(tǒng)的能量流向
較大制動能量的產生經(jīng)常出現(xiàn)在下面幾種場合里：
? 起重設備的重物下放過程
? 大慣量負載設備的快速減速過程
? 游梁式抽油機的驢頭下放過程等等。
西門子變頻器MM440由三部分構成，整流部分，直流回路部分，逆變部分。當MM440作為驅動轉換源而處在上述的制動過程時，制動能量將通過其逆變部分返回到直流回路，由于整流部分由不可控的二極管組成，制動能量無法回到電網(wǎng)，造成直流回路電壓泵升，進而導致MM440因直流回路電壓過高（F0002）而停機。為避免上述情形的發(fā)生，MM440 提供了動態(tài)制動功能，即在直流回路上安裝一個制動單元，再配以適當?shù)闹苿与娮瑁瑢⒅苿幽芰吭谠撾娮枭弦詿崮艿男问较ⅰ-F尺寸的MM440已將制動單元集成在變頻器內部，只需選配制動電阻，安裝在MM440端子B+ B- 上，然后調整相應的參數(shù)即可，而功率相對較大的FX、GX尺寸MM440內部沒有集成制動單元，需要從SIMOVERT MASTERDRIVES的產品目錄里選配相應的制動單元以及制動電阻。
本章將介紹制動能量的簡單計算以及MM440制動單元的基本工作原理，幫助您實現(xiàn)西門子MM440變頻器制動電阻的正確選型。
二 制動能量的簡單計算
? 制動能量的產生
根據(jù)電機理論, 定子中通入同步頻率 ?1的交流電流, 在氣隙中產生順時針旋轉磁場作用在轉子上，相當于轉子繞組逆時針運動切割旋轉磁場，轉子回路因而感應出電流產生旋轉力矩M，方向如圖2-1中a所示。經(jīng)過負載的平衡，轉子以 (1-s) ?1的速度穩(wěn)定旋轉，轉子繞組仍然逆時針以s?1的速度切割旋轉磁場。電機工作在電動機模式下, P = M?Ω>0, 即運行在*象限。
在需要變頻器快速制動負載的情況下，變頻器通入電機定子中的電流頻率突降為?1′ （?1′ <?1), 由于驅動負載存在慣性，轉子的轉速不能突降，而是仍然維持在原轉速上，導致轉子繞組切割旋轉磁場的方向改變，轉子電流方向以及電磁力矩方向也因此發(fā)生改變，如圖2-1中b所示，電機工作在發(fā)電機模式下, 開始運行在第二象限，P=(-M)?Ω<0, 再生制動能量產生。 如果電機被負載拖動，轉子轉速超過變頻器輸入的同步轉速，同樣會有上述的現(xiàn)象發(fā)生。
a) 正向運行時 b) 轉子轉速大于同步轉速時
c) 轉子旋轉方向改變時 d) 電機四象限圖
圖2-1 制動能量產生時的電機狀態(tài)
在驅動系統(tǒng)下放重物的過程中，轉子繞組仍然保持逆時針運動切割旋轉磁場，轉子電流以及旋轉力矩方向不變，但是由于切割速度過快，轉子電流產生的祛磁磁場將能量返回了定子側，電機工作在發(fā)電機模式下, 開始運行在第四象限，如圖2-1中 c 所示，P=M?（-Ω）<0, 再生制動能量產生。
? 制動能量的簡單計算
例1 某客戶將MM440 應用在升降驅動設備上，并要求在6.25秒內以0.4m/s的速度下 放500kg的重物,每30s重復一次該過程，應當如何計算制動功率？
重物的勢能為： A= m x g x h =500kg x 9.81 x (0.4m/s x 6.25s)=12263J
大 功率為： P brake Appl max = A/s = 12263J/6.25s = 1962W
平均 功率為： P brake Appl average = 1962W x 6.25s / 30s= 392.4W
例2 某驅動負載需要從2900RPM的速度降至為0，其驅動數(shù)據(jù)見表1，如何計算反饋回變頻器直流側的制動能量？
電動機額定功率 Pmotor N=5.5 KW
電動機效率 ?motor =0.865
電動機額定轉速 N motor N= 2925 RPM
電動機轉動慣量 J motor =0.015kgm2
負載轉動慣量 J load =0.4 kgm2
電動機高運行轉速 nmax =2900RPM
制動時間 t brake appl =5s
負載工作周期 t cycle appl =15s
產生的制動轉矩：
一個周期內產生的大制動功率：
一個周期內的總制動能量：
一個周期內的平均制動功率：
三 MM440 制動單元的基本工作原理
? 制動單元激活電壓與直流回路故障電壓
按照上述的計算方法得出的再生制動能量將反饋到變頻器的內部，造成直流回路上電壓泵升。為了避免變頻器因直流回路過電壓F0002而跳閘，當電壓上升到臨界點 UDC chopper 時，制動單元就被激活，并按照預先規(guī)定的負載工作周期將制動能量消耗在外接制動電阻上，拉動直流回路電壓下降。如果制動能量過大，未能在規(guī)定時間內得到散逸，那么直流回路電壓將繼續(xù)上升，直到F0002跳閘。如圖3-1所示。
圖3-1直流回路電壓的上升過程
| 制動單元觸發(fā)臨界電壓 UDC chopper有兩種算法，采用哪一種，則取決于MM440 參數(shù)P1254 | 若P1254=0 | 1.13 x  x P0210 |
| 若P1254=1 | 0.98 x r1242 |
表3-1 激活動態(tài)制動功能的直流回路電壓值
? 制動單元動作過程
MM440變頻器制動單元的核心是一個門限電壓控制斬波器（IGBT transistor），當它導通時再生制動能量被外接制動電阻吸收，轉化成熱能得以釋放。斬波器的工作頻率 f chopper為2KHz，占控比 t chopper on 由變頻器內部的監(jiān)控系統(tǒng)決定。如圖3-2所示。
圖3-2 動態(tài)制動的操作方式
當再生制動能量迫使直流回路電壓達到UDC chopper時，制動單元自動投入運行，由監(jiān)控系統(tǒng)為斬波器選擇適當?shù)恼伎乇龋苿幽芰勘恢苿与娮栉铡?/p>
? 如果制動能量少于在制動電阻上消耗的能量( P brake resistor=VDC2 / Rmin) ，那么直流回路電壓會很快下降到UDC chopper之下，制動單元會在開通2ms之后自動關閉，占控比的選擇在通路1上完成。 若直流回路電壓再次達到UDC chopper，該過程將被重復。
? 如果制動能量多于此時在制動電阻上消耗的能量，那么盡管制動自動已經(jīng)投入運行，直流回路電壓仍然會繼續(xù)上升，由監(jiān)控系統(tǒng)選擇的占控比也快速線性增加，直到占控比為1（通道1），斬波器持續(xù)開通，制動電阻在此其間持續(xù)吸收制動能量。為了保護此時的制動電阻不會因吸收了過多能量而過熱損壞，必須事先根據(jù)制動電阻的制動能力選擇適當?shù)某掷m(xù)工作時限 t chopper on。當持續(xù)工作時限達到時，切換到通道2，占控比自動被修正為P1237中設定的值以減少制動能量進入制動電阻，令其有充分的時間冷卻，此時直流回路電壓將有所回升。其過程如圖3-3所示。可見，如果電阻值選擇的太小，或者P1237 的值選擇不當，會造成制動能量因吸收不凈而導致的直流回路電壓繼續(xù)上升，而制動電阻會因過熱而損壞。
MM440制動單元的斬波器為通道2規(guī)定了5種占控比，即負載工作周期，由參數(shù)P1237 來選擇 。列表3-2如下。
| P1237 | t chopper on (斬波器占控比為1的長時間) | P brake resistor average | |
| 0 | 0% | 動態(tài)制動未激活 | 0 |
| 1 | 5% | 12.0s | 0.05 P brake Appl max |
| 2 | 10% | 12.6s | 0.1 P brake Appl max |
| 3 | 20% | 14.2s | 0.2 P brake Appl max |
| 4 | 50% | 22.8s | 0.5 P brake Appl max |
| 5 | 100% | 在制動單元激活狀態(tài)下始終開通 | 1 P brake Appl max |
表3-2 MM440的負載工作周期
四 制動電阻的計算以及選型
? 西門子制動電阻的說明
西門子MICROMASTER 變頻器產品樣本DA51.2 中列出的制動電阻只是按照P1237=1即5%的工作負載周期來進行設計的。例如： 訂貨號為6SE6400-4BC05-0AA0的制動電阻，小阻值為180?，可以承受大直流回路電壓為420V ，因此該制動電阻可在12秒內連續(xù)開通，吸收 Pbrake resistor max = U dc max 2 /R min =980W的大制動功率。12秒后，僅能承擔5%的大制動功率，即約50W 的連續(xù)導通功率，直到240秒后制動電阻得到充分的冷卻，方可再次承擔12秒的大制動功率。
? 制動電阻的選擇與校驗
為MM440變頻器配置制動電阻，需要滿足二個條件：
1) 制動電阻大功率 P brake resistor max >= 大制動功率P brake Appl max
2) 負載工作周期內的制動電阻連續(xù)功率 P brake resistor average >=
制動周期內的平均制動功率 P brake Appl average
下面舉例說明如何選擇制動電阻, 請回顧第二節(jié)中的例2，為5.5KW 、3~380-480V的MM440配置制動電阻，按照樣本DA51.2初選6SE6400-4BD16-5CA0
一個制動周期內產生的大制動功率： P brake Appl max = 6.6kW
制動電阻可以承受的大制動功率： P brake resistor max =12.6 kW
P brake Appl max < P brake resistor max *個條件滿足
一個制動周期內的平均制動功率： P brake Appl average =1.1kW
負載工作周期內的制動電阻連續(xù)功率： P brake resistor average = 0.65 kW
P brake Appl average > P brake resistor average第二個條件不滿足
表明該制動電阻沒有足夠的容量接受1.1kW的制動能量。在此，可以提出兩個解決方案：
1）采用四個該型號電阻，兩并兩串地接入，見圖3-4。總的制動阻值并未改變，因而能夠承受的大制動功率 P brake max = U dc max 2 /R min 也未改變。 但是負載工作周期內的制動電阻連續(xù)功率卻提高了4倍，
P brake resistor average = 0.65kW × 4 = 2.6kW。此時P1237 必須放開限制，設置為3，即負載工作周期為20%。
圖3-4 制動電阻的接入方法
3) 選擇其他型號大容量的制動電阻，例如采用MASTERDRIVES 產品系列中訂貨號為6SE7018-0ES87-2DC0的制動電阻，其阻值為80?， 因此能夠承受的大制動功率P brake max =U dc max 2 /R min =8.82kW，
P brake Appl max < P brake resistor max *個條件滿足
因為MASTERDRIVES 產品系列的制動電阻均是按照20%的負載工作周期制定的，因此需要將P1237設置3，P brake resistor average =8.82kW×0.2=1.764kW
P brake Appl average < P brake resistor average第二個條件滿足
? FX-GX 制動單元與制動電阻選擇
在MICROMASTER DRIVES系列中，僅在外形尺寸為A-F的MM440里集成了制動單元，只需再選擇一個適當?shù)耐饨又苿与娮杓纯伞Ｍ庑纬叽鐬镕X 、GX的MM440因為功率相對較大，不再在內部集成制動單元，而是需要采用MASTERDRIVES系列中的外接制動單元以及制動電阻。其選擇方法參見MASTERDRIVES產品樣本。
? MM440 中相關動態(tài)制動的必要參數(shù)設置
P1233=0 禁止直流制動
P1234=0 禁止復合制動
P1240=0 禁止直流電壓控制器功能
P1254=0或1 選擇 UDC chopper的計算方法
P1237>0 使能動態(tài)制動功能
化工儀器網(wǎng)